본 연구에서 중점 추진하는 연차별 연구내용 및 연구범위는 다음과 같다. 1차년도 ○ 고밀도 MgB2 벌크제작을 위한 미세하고 균일한 보론 분말 처리기술 개발 ∙ 볼밀링 공정 개발: 입자크기 500 ㎚이하로 미세하고 균일한 결정질(crystalline) 보론 분말 제조 ∙ MgB2 벌크제조용 다이(die)제작: 소형 실린더/링형태 ∙ 벌크 치밀도 향상을 위한 최적파라미터 도출: 보론분말 인가압력, 충진밀도, 성형성, 압축성 등 ○ Mg 확산 프로세스를 적용한 소형 MgB2 벌크제조 및 특성평가 ∙ Mg 확산법 적용을 위한 Mg:B 혼합비율 확립 ∙ 최적 소결조건(온도 및 시간) 확립 ∙ MgB2 초전도벌크의 Tc 및 Jc 등 기초물성 측정 ∙ MgB2 초전도벌크의 밀도, 강도 측정 ○ MgB2 자기렌즈 전자계/온도/응력 설계 ∙ COMSOL을 이용한 MgB2 자기렌즈 전자계 해석 ∙ 내경, 외경, 높이를 설계변수로 한 자기렌즈 최적설계 ∙ 동작환경을 고려한 로렌츠 전자기 응력 정밀 해석 ∙ MgB2 초전도 자기증폭기 냉각시스템 기초 설계 2차년도 ○ 자기렌즈 적용을 위한 대형 MgB2 벌크 제작기술 확립 ∙ 대형 MgB2 벌크 제조를 위한 최적 가압다이 개발 ∙ 대형 MgB2 벌크에 필요한 최적 Mg:B 혼합비율 확립 ∙ flux-jump 방지를 위한 카본 도핑공정 개발 ∙ 초전도 벌크의 강도(hardness)확보를 위한 금속원소 첨가 공정 개발 ○ 대형 MgB2 자기렌즈 설계기술 개발 ∙ 내경 10mm 이상의 저온 clear bore를 확보한 대형 MgB2 자기렌즈 설계 및 자기증폭률 예측기술 개발 ∙ MgB2 초전도 벌크 전자기 응력 예측기술 개발 및 SUS 금속보강 설계 ○ 무냉매 전도냉각형 냉각장치 개발 ∙ 외부자기장 공급용 대구경 7T급 NbTi 초전도자석 설계 및 제작 ∙ 외부자기장 공급장치 및 자기렌즈 냉각을 위한 무냉매 전도냉각시스템 설계 및 제작 ∙ 자기렌즈 온도가변(4~20 K)을 위한 히터시스템 개발 ○ 소형 MgB2 자기렌즈 제작 및 기초성능 검증 ∙ MgB2 초전도벌크의 자기렌즈 형태 제조를 위한 밀링/레이저 등 절삭 기계가공 ∙ 냉각시스템 결합 및 냉각성능 검증 ∙ 소형 MgB2 자기렌즈의 ZFC 모드에서의 자기증폭률 ∙ 소형 MgB2 자기렌즈의 FC 모드에서의 자기증폭률 ∙ 대형 자기렌즈 적용사항 확정 3차년도 ○ 자기렌즈 적용을 위한 대형 MgB2 초전도벌크 제작공정 확립 ∙ 대형 MgB2 초전도 벌크 제조기술 확립 및 신뢰성 확보 ∙ 기계 절단 및 가공을 통한 자기렌즈 가공 및 제작 ∙ 냉각시스템 조립 및 초기성능 평가 ○ MgB2 자기렌즈를 이용한 자기증폭기 성능검증 ∙ ZFC모드에서 4.2K 및 15K 영역에서 자기증폭률 점검 ∙ FC 모드에서 4.2K 및 15K 영역에서 자기증폭률 점검

본 연구에서 중점 추진하는 연차별 연구내용 및 연구범위는 다음과 같다. 1차년도 ○ 고밀도 MgB2 벌크제작을 위한 미세하고 균일한 보론 분말 처리기술 개발 ∙ 볼밀링 공정 개발: 입자크기 500 ㎚이하로 미세하고 균일한 결정질(crystalline) 보론 분말 제조 ∙ MgB2 벌크제조용 다이(die)제작: 소형 실린더/링형태 ∙ 벌크 치밀도 향상을 위한 최적파라미터 도출: 보론분말 인가압력, 충진밀도, 성형성, 압축성 등 ○ Mg 확산 프로세스를 적용한 소형 MgB2 벌크제조 및 특성평가 ∙ Mg 확산법 적용을 위한 Mg:B 혼합비율 확립 ∙ 최적 소결조건(온도 및 시간) 확립 ∙ MgB2 초전도벌크의 Tc 및 Jc 등 기초물성 측정 ∙ MgB2 초전도벌크의 밀도, 강도 측정 ○ MgB2 자기렌즈 전자계/온도/응력 설계 ∙ COMSOL을 이용한 MgB2 자기렌즈 전자계 해석 ∙ 내경, 외경, 높이를 설계변수로 한 자기렌즈 최적설계 ∙ 동작환경을 고려한 로렌츠 전자기 응력 정밀 해석 ∙ MgB2 초전도 자기증폭기 냉각시스템 기초 설계 2차년도 ○ 자기렌즈 적용을 위한 대형 MgB2 벌크 제작기술 확립 ∙ 대형 MgB2 벌크 제조를 위한 최적 가압다이 개발 ∙ 대형 MgB2 벌크에 필요한 최적 Mg:B 혼합비율 확립 ∙ flux-jump 방지를 위한 카본 도핑공정 개발 ∙ 초전도 벌크의 강도(hardness)확보를 위한 금속원소 첨가 공정 개발 ○ 대형 MgB2 자기렌즈 설계기술 개발 ∙ 내경 10mm 이상의 저온 clear bore를 확보한 대형 MgB2 자기렌즈 설계 및 자기증폭률 예측기술 개발 ∙ MgB2 초전도 벌크 전자기 응력 예측기술 개발 및 SUS 금속보강 설계 ○ 무냉매 전도냉각형 냉각장치 개발 ∙ 외부자기장 공급용 대구경 7T급 NbTi 초전도자석 설계 및 제작 ∙ 외부자기장 공급장치 및 자기렌즈 냉각을 위한 무냉매 전도냉각시스템 설계 및 제작 ∙ 자기렌즈 온도가변(4~20 K)을 위한 히터시스템 개발 ○ 소형 MgB2 자기렌즈 제작 및 기초성능 검증 ∙ MgB2 초전도벌크의 자기렌즈 형태 제조를 위한 밀링/레이저 등 절삭 기계가공 ∙ 냉각시스템 결합 및 냉각성능 검증 ∙ 소형 MgB2 자기렌즈의 ZFC 모드에서의 자기증폭률 ∙ 소형 MgB2 자기렌즈의 FC 모드에서의 자기증폭률 ∙ 대형 자기렌즈 적용사항 확정 3차년도 ○ 자기렌즈 적용을 위한 대형 MgB2 초전도벌크 제작공정 확립 ∙ 대형 MgB2 초전도 벌크 제조기술 확립 및 신뢰성 확보 ∙ 기계 절단 및 가공을 통한 자기렌즈 가공 및 제작 ∙ 냉각시스템 조립 및 초기성능 평가 ○ MgB2 자기렌즈를 이용한 자기증폭기 성능검증 ∙ ZFC모드에서 4.2K 및 15K 영역에서 자기증폭률 점검 ∙ FC 모드에서 4.2K 및 15K 영역에서 자기증폭률 점검

본 과제는 전기 저항이 없는 특수 전선인 MgB2 초전도 선재의 제조 비용을 낮추고, 1km 길이의 선재를 연속으로 만들 수 있는 기술을 개발하여 산업 가격 경쟁력을 높이는 연구임. 연구 목표는 MgB2 초전도 선재 제조 원가 절감을 위해 고가의 Nb 반응 억제층을 Cu 기반 대체소재로 개발하고, 1 km급 장선화 연속공정 기술을 확보하는 데 있음. 핵심 연구 내용은 Cu와 Mg의 반응을 차단하고자 MgB2 전구체 분말과 Cu 반응억제층 경계에 MgBx 물질을 코팅하는 기술 개발 및 원료 조성 최적화, 연속 코팅 공정 확립을 포함함. 이를 통해 100m 이상급 MgB2 초전도 선재 양산 기술을 확립함. 기대 효과는 높은 임계온도와 생산성을 갖춘 MgB2 선재를 MRI, 에너지 저장장치 등 다양한 분야에 적용하여 에너지 효율 향상 및 환경 개선에 기여하는 것임. 특히, Nb 대체소재 개발로 가격 경쟁력을 확보하여 국내 수입 의존도를 낮추고, 2030년까지 누적 400억 원의 수입대체 및 4,000억 원의 수출 증대 효과를 창출할 것으로 전망됨.

본 과제는 MRI 등 고급 초전도 코일에 쓰이는 실용 다심 MgB2 초전도선 기술을 목표로, liquid helium free 무냉매 전도냉각방식의 영구전류 운전 코일을 구현하는 연구임. 연구목표는 접합기술 개발로 접합 이전대비 통전율 70% 이상, 접합저항 10-12 Ω 이하 달성, PCS off시 누설전류 0.1% 이내 구현 및 cold bore 20cm 이상, 중심자기장 0.3T 이상 확보임. 연구내용은 C(carbon)-doped 다심 MgB2 미세접합, 4단자법(4.2K, 1T~5T) 임계전류 측정과 자장감쇄법 접합저항 분석, COMSOL/Matlab 기반 persistent current switch 설계·제작, 10-40 K 온도가변형 고화질소 냉각장치(FEM) 및 wind&react 200mm급 코일 제작임. 기대효과는 액체냉매 없는 건식 초전도 코일의 고부가가치 기반기술 확보로 산업·학술 파급효과 기대됨.